伯克利下肢外骨骼(BLEEX)的机械学设计

伯克利下肢外骨骼(BLEEX)的机械学设计
伯克利下肢外骨骼(BLEEX)的机械学设计

伯克利下肢外骨骼(BLEEX)的机械学设计

Adam Zoss, H. Kazerooni, Andrew Chu

Department of Mechanical Engineering

University of California, Berkeley, CA, 94720, USA

exo@https://www.360docs.net/doc/a09380813.html,, https://www.360docs.net/doc/a09380813.html,

摘要:第一种能携带负载的高效自主式下肢外骨骼已经在加州大学伯克利分校被展示出来。这篇文章概括了伯克利下肢外骨骼(BLEEX)的机械学设计。基于拟人化的BLEEX每条腿有七个自由度,其中的四个由直线液压驱动器驱动。描述了自由度的选择以及运动范围。另外,文章还包含了BLEEX主要部件方面的重要设计。

关键词:BLEEX,外骨骼,可穿戴式机器人,机械设计,步行

Ⅰ.引言

重物通常由轮式交通工具运输。然而,很多环境例如岩石地形和阶梯,给轮式交通工具带来巨大的困难。因此,在这些环境中,步行就成为一种有吸引力的运输方式,因为腿能适应各种极端地形。伯克利下肢外骨骼(通常称为BLEEX)是第一款由操纵者穿戴的野战用机器人系统,它能为其操纵者提供在任何类型的地形下付出极小努力背负载荷的能力。

BLEEX是由两个动力拟人的腿、一个电源和一个可安装各种重载的背包式框架组成(图1)。BLEEX通过人机交互引导腿的运动提供携带负载的能力,摒弃了主动驱动,BLEEX伴随操纵者的运动就像它是一对人工腿一样被他/她“穿戴”。通过将机器人的力量与智能导航、人的适应能力相结合,BLEEX允许重物在崎岖、松散和未知的地形中运送。

外骨骼通常指包含上肢或下肢或两者兼备的系统。BLEEX项目仅仅着眼于

图1下肢外骨骼的概念图。正确活动的机器腿从穿戴者身上转移走载荷

的重量,同时使穿戴者能够轻松地控制和平衡机器。

下肢外骨骼。上肢外骨骼通常被用来操作重物,常用在仓库、生产设备和配送中心(如[1] - [4])。下肢外骨骼通常被用来长途携带重物(通常是户外)和不适合轮式交通工具通行的小路上。在一个可以使用轮式交通工具或者距离短到可以使用桥式起重机的环境下使用下肢外骨骼是不实用的。下肢外骨骼最适合沿松散的户外小路携带重物。

BLEEX有很多用途,它可以为士兵、救灾人员、野战兵,以及其他紧急救援人员提供携带重要物品,如食品、救援装备、急救用品、通讯设备和武器的能力,通常与要求高的工作所相关的高要求无关。我们的目标是BLEEX将为关键任务设备提供一个多用途传输平台。

Ⅱ.背景

第一个能动的外骨骼在20世纪60年代末和70年代初诞生于通用电气(GE)和贝尔格莱德的Mihajlo Pupin研究所。在通用电气的哈迪曼项目[5]是一个采用主从式控制系统、重达680公斤的大型全身式外骨骼。安全性和复杂性问题使其永远无法走路,甚至连稳定移动它的腿都不能。

贝尔格莱德外骨骼是一个旨在帮助截瘫患者恢复的真人大小的下肢机器人[6]。和哈迪曼项目一样,它连自身的电源都带不动。贝尔格莱德外骨骼只能遵循预先设定的步行运动,这极大地限制了它的用途。然而,这个项目所提出的零力矩点控制理论仍然应用在类人机器人上。

1970年的尝试以后,相对很少有人深入研究下肢外骨骼。加州大学伯克利分校在1993年所作的一个项目是电力补充[1]。类似于哈迪曼项目,这种全身式骨骼采用电驱动增强人的能力。虽然伯克利项目采用力传感器来检测和增强人的力,但是在步行方面只获得有限的成就。

进入21世纪,外骨骼的研究开始复苏。在日本,神奈川技术研究所开发出一种全身“可穿戴动力服”,采用独特的气动执行机构驱动[7]。它的三个执行机构(膝、腰、肘)上的力通过测量相对应的人体肌肉的硬度来控制。有限的驱动和缺乏便携式电源限制了这种外骨骼的应用。

HAL是日本筑波大学研制的轻型动力辅助装置[8]。HAL通过采用位于人腿部的肌电传感器和地面反作用力传感器控制位于膝盖和髋关节的电动执行机构。这种外骨骼采用便携式电源,但它只能辅助操纵者的腿部肌肉,不能携带外部负载。

仍然在开发中的其他一些下肢外骨骼旨在帮助残疾人([9] - [11])。除了外骨骼,其他一些有效的下肢设备也同样值得关注。Lokomat是一种现代化的康复设备,用来训练下肢的运动([12]和[13])。取代了携带的负载,机器人的躯干固定在座上并沿着预定的轨迹移动操纵者的脚。Lokomat作为一款成功的产品,也面临同样的困难,虽然它不属于外骨骼。由Y obotics开发的RoboKnee,是一种动力型膝关节矫形器,用来提高操纵者在行走时的力量和耐力[14]。RoboKnee 利用地面反作用力来估算所需的膝关节扭矩。另外,日本北海道大学的研究人员正在为腰部设计一种动力辅助装置[15]。在大腿和躯干连接,该装置采用肌电传感器控制其电动马达。一些其他种类的矫形器的也正在开发之中,如采用气动肌肉驱动的踝关节矫正器[16]。

伯克利下肢外骨骼(BLEEX)项目已经开发了一种高效自主且能携带自身重量以及外部负载的外骨骼。所有以前的外骨骼不是连接着一个固定的电源就是没有强大到足以携带外部负载。此外,与矫形器和支架不同的是BLEEX将负载

施加的力转移到地面上,而不是穿戴者身上。为了防止步行外骨骼的设计所固有的复杂性,BLEEX项目开发了一种新的控制方案,从而忽略了人或人机交互之间的测量误差。

Ⅲ.外骨骼的控制

BLEEX的控制算法确保了外骨骼能以很小的相互作用力伴随操纵者。此外,控制方案需要在操纵者或者与操纵者相接触的外骨骼(例如两者没有力传感器)上没有直接测量;相反,控制器只基于在外骨骼上的测量结果来判断在控制器感知到很小的力时如何移动[17]。这种控制方法消除了相互作用力或人体肌肉活动所产生的测量误差。

BLEEX控制的基本原则是基于外骨骼需要迅速响应穿戴者自主和不自主的动作,不得有延迟这一概念。这需要作用在外骨骼上所有的力和力矩控制器具有高级别的灵敏度。BLEEX通过只从BLEEX本身测量变量来增加闭环控制系统对操纵者的力和力矩的灵敏度[17]。

BLEEX的控制算法仍然有两个很现实的问题。首先,对外力具有极高灵敏度的外骨骼响应外力而不管它是否来自操纵者。例如,如果有人推一个具有较高的灵敏度外骨骼一下,它就会动起来就好像这个力来自它的操纵者。使外骨骼具有稳定性并防止其因响应外力而跌倒的关键取决于操纵者通过迅速移动(如后退或侧身)为自己和外骨骼提供一个稳定位置的能力。为此,外骨骼需要一个很宽的控制带宽,以便能够同时响应操纵者自主和不自主的动作(即反射)。第二个问题,这种控制方法所具有的鲁棒性参数变化不大,因此系统需要一个相对较好的动态模型[17]。

Ⅳ.结构设计

下肢外骨骼设计的基础是选择腿的整体结构。关节和肢体的很多不同布局可以结合起来形成一个有功能的腿,但任何结构一般可分为几类之一:

A.拟人结构

拟人化结构企图完全匹配人的腿(图2)。通过运动学匹配人体的自由度和肢体长度,外骨骼腿的姿态准确地模仿人腿的姿态。这大大简化了很多设计问题。例如,人们就没有必要考虑人和外骨骼碰撞的问题。然而,一个严重的问题就是,在一般技术状态下关节的设计不可能完全复制人腿的关节。例如,人的膝关节不可能变现为单一的旋转,复制其所有的运动将导致机械装置的复杂化(也许不健全)。这一结构另一个值得关注的问题是,外骨骼肢体长度必须等于人肢体的长度。这意味着对于不同的操纵者来穿戴外骨骼,几乎所有外骨骼肢体必须具有高度可调性。一般而言,拟人化结构被错误地认为是最好的选择,因为它允许外骨骼适应操纵者所有方面的需求。

图 2 拟人化结构(左)和非拟人化结构(右)的示例

B.非拟人结构

虽然在外骨骼设计中不常用,很多非拟人化设备却是非常成功的,例如自行车。非拟人化结构为腿的设计开创了广泛的可能性,只要外骨骼没有干扰或限制操纵者(图2)。往往开发一种与人腿明显不同却依然能够移动脚完成所有必须动作的结构是非常难的(例如在狭窄的拐角中转弯和深蹲)。由于必须防止外骨骼强迫操纵者到达一个他们不可能到达的位置,因此安全问题在非拟人结构的设计中变得越来越突出。这种结构的另一个问题是,由于外骨骼关节和人的关节没有处在相同的位置,外骨骼腿很可能会与人的腿或外物发生碰撞。

C.伪拟人化

为了获得最大的安全性和与环境最小的碰撞,BLEEX项目选择的体系结构几乎是拟人。这意味着BLEEX腿的运动学规律类似于人的,但不包括人腿所有的自由度。此外,BLEEX的自由度都是单一的旋转关节。由于人和外骨骼的腿的运动学不尽相同(只是类似),人和外骨骼只是在四肢(脚和躯干)刚性地连接着。由于运动学的差异,任何其他的刚性连接都会将巨大的力强加在操纵者身上。但是,柔性的连接则允许人体和外骨骼之间存在可以容忍的相对运动。不完全匹配人体运动学的另一种好处是,BLEEX比较容易满足各种操纵者的尺寸。

Ⅴ.自由度

由于BLEEX是伪拟人化,它的髋关节、膝关节和踝关节类似于人的,但是这些关节在细节上不同于人体的。BLEEX每条腿总共有七个自由度:

●髋关节上有三个自由度

●膝关节上有一个自由度(矢平面单一旋转)

●踝关节上有三个自由度

人体的髋关节是一个三自由度的球窝状关节[18]。这就很自然的设计了一个有三个自由度的外骨骼髋关节,使其所有三个旋转轴穿过人的球窝状髋关节。但

是,通过一些模拟试验的设计,我们了解到,这些设计存在有限的运动范围而且在人髋关节的一些姿势中产生奇点。因此,位于髋部转动双腿的关节被设计为人背后的单轴旋转,如图3所示;因此它不再通过人的髋关节。此外,一种可供替代的旋转关节被直接加在外骨骼腿上,目的是为了测试。髋外展/内收和弯曲/伸展轴都穿过人体髋关节。

图 3 BLEEX髋关节自由度(从背面看)。虽然外展/内收和屈曲/伸展轴都通过

人体髋关节的中心,但旋转轴不通过。位于两个外展/内收轴之间的可调节

托架,可更换以适应不同宽度的穿戴者。

人体的膝关节是一个在股骨和胫骨之间的作滚动和滑动的复杂组合体,当膝盖弯曲的时,它允许关节的旋转中心移动[18]。为BLEEX的膝盖选择单一的旋转关节将导致简单性和鲁棒性,除了更为简单直接的动态建模,还将导致外骨骼的膝盖不同于人体的膝盖。此外,BLEEX的膝盖不具备人体膝盖“锁定”腿的能力,因为它没有能移动的转动中心。

类似于人体的踝关节,BLEEX的踝关节也有三个自由度。其弯曲/伸展轴与人踝关节的弯曲/伸展轴一致。为了简化设计,BLEEX踝关节上的外展/内收和旋转轴不通过人的脚并且位于人脚外侧的一个平面(如图4)。

一个额外的自由度被添加到BLEEX的脚上。外骨骼脚的前部和操纵者脚趾的下面允许外骨骼的脚和人脚一起弯曲(见第IX.B)。

Ⅵ.运动范围

BLEEX的运动学类似于人体的运动学,所以BLEEX的关节的运动范围可以通过研究人体的关节的运动范围确定。至少,在行走时BLEEX关节的运动范围应等同于人的(如表1第1栏所示),这可以通过研究临床步态分析(CGA)的数据([19] -[21])获得。出于安全考虑,BLEEX的运动范围不应该大于操纵者的运动范围(如表1第3栏所示)[22]。对于每一个自由度,表1第2栏列出了BLEEX的运动范围,一般来说,它应该比人在行走时的运动范围大且比人体运动的最大范围小。

理想情况下,为了获得最具机动性的外骨骼,我们渴望拥有一个运动范围稍微小于人体最大运动范围的系统。然而,由于BLEEX使用了直线驱动器(见第Ⅷ节),因此一些关节的运动范围被减小以阻止驱动器的运动轴通过关节的中心。如果这没有被阻止,关节就可以到达一个驱动器无法在这个关节上产生力矩的位置。此外,所有关节的运动范围都在模型测试进行了测试和修改(如图5)。例如,实体模型测试显示BLEEX踝关节的弯曲/伸展运动范围需要比人体踝关节的运动范围更大,来适应BLEEX的脚不能产生人的脚上小范围的自由度。

图 4 BLEEX踝关节自由度。只有屈曲/伸展轴穿过人体的踝关节。

外展/内收和旋转轴不受驱动,但配有适当的阻抗。

表1 BLEEX关节的运动范围

图 5 BLEEX用于测试和调整自由度、活动范围和人体工程学的实体模型。

这些样机采用熔融沉积成型(FDM)制造。

Ⅶ.驱动哪些关节?

BLEEX的每条腿都有七个自由度(算上脚趾的弯曲有八个),但如果选择都驱动则会导致不必要的高功耗和控制的复杂性。因此,只有那些需要大量功率的才应该被驱动。首先,驱动器主要被设计为步行,所以临床步态分析数据可以用来确定步行时哪些自由度消耗功率。

正如所想,总量最多功率消耗在在脚踝、膝盖和髋部的弯曲/伸展上([18],[19]-[21],图6)。脚踝和髋部都需要大量的正功率,因此需要被驱动。步行时膝盖需要的主要是负功率(它吸收功率);然而,当上台阶和斜坡或者下蹲时,膝盖则成为为系统增加正功率的关键[23](图7)。因此,膝关节也需要被驱动。

除了弯曲/伸展关节,髋部的外展/内收在行走需要主要的功率,因为它提供了横向平衡力,因此,BLEEX髋部的外展/内收关节需要被驱动。根据临床步态分析数据,其他的自由度(髋部旋转,脚踝旋转及脚踝的和外展/内收)在行走时都消耗非常少的功率,因此不需要被驱动(图6)。图8总结了所有为BLEEX 选择的自由度,并指出其中哪些关节需要被驱动。未被驱动的关节仍可能有轴承或其他阻抗,以减少作用在人体肌肉上的载荷来增加其舒适度。

图 6 步行时人体功率需求。最需要功率的是脚踝、膝盖和髋部的屈曲/伸展关节。

除了这些关节,髋外展/内收关节其次最需要功率。[18]

图7 上下楼梯时膝关节功率需求。上楼梯时膝盖需要大量的功率

(而不是像它在水平步行时吸收功率)[23]。

图8 BLEEX的自由度

Ⅷ.驱动器的选择

BLEEX是完全自主的,携带有自己的电源,因此在任务期间节电很关键。尽一切可能来使外骨骼腿、驱动器具有紧凑的结构和较轻的重量,以减少外骨骼的能量消耗。此外,该驱动系统的功率效率是至关重要的。

液压驱动器具有较高的比功率(功率与驱动器的重量比),因而是可供选择的最小的驱动。此外,液压机液体所具有的高不可压缩性会产生相对较高的控制带宽。然而,由于通过伺服阀会产生很大的压降,液压系统可能在其伺服阀上损失大量的功率。BLEEX之所以选用直线液压驱动,主要是因为其具有小巧的尺寸、轻质和大力的性能。回转液压驱动器通常不是有内部泄漏就是有相当数量的摩擦。

假设施加6.9兆帕(1000 psi)的压力,BLEEX驱动器所提供关节力矩的大小见临床步态分析数据[24]。BLEEX上所有的关节都使用19.05毫米(0.75英寸)口径的双向直线液压驱动器。一旦驱动器的大小和安装位置被确定下来以满足所需的运动范围[表1]和力矩[24]后,关节的速度数据则被用来确定步行时流体的平均速度。不管驱动器需要多大的力和速度,BLEEX内置的功率源都向伺服阀持续输出6.9兆帕(1000 psi)的压力。因此,每个驱动器的平均液压功率等于平均流速乘以所受的压力。对于BLEEX,在步行时其踝关节、膝关节和髋部弯曲/伸展关节需要平均1.3千瓦的液压功率[24]。另外,除步行之外的运动以及髋关节的外展/内收驱动器需要额外540瓦的液压功率。为控制驱动器而选用四通道、双级伺服阀是由于其具有高带宽、高流速和低电力需求的优点。这些阀

门均需要大约28瓦的液压功率,所以8个阀门总共需要224 W。使75公斤重的BLEEX(包含有效载荷)在1.3米/秒的速度下行走所需的液压总功率大约为2.27千瓦,或3.0马力(含10%的安全系数)[24]。

Ⅸ.BLEEX的设计

图9是BLEEX的整体模型(简化以强调主要组件)。以下(A-E)各节讨论主要组件的关键特征。

图9 BLEEX的模型(简化以突出主要组件)

A.受驱动关节的设计

BLEEX的关节承受了负载施加的较大的力和偏轴矩,仍然具有小断面、无间隙和低摩擦的特性。如图10所示,关节结构装有编码器,以保护传感器。间距为2.5厘米的两个满装航空轴承(径向额定载荷30.6千牛)来处理力和偏轴矩。BLEEX所有受驱动的关节除驱动器的安装位置外都是相同的。

图10 BLEEX关节的设计。BLEEX所有受驱动关节的设计都具有高精度来克服巨大的偏轴矩以及显示隐藏在关节编码器中的微量摩擦。

B.脚的设计

BLEEX的脚是一个很重要的组件,是因为它具有以下功能:

●它将BLEEX的重量传递到地面上,因此它必须在周期性环境力的作用

下具有结构完整性和长寿命。

●这是人体与外骨骼刚性连接的两个位置之一,因此它对操纵者必须是舒

适的。人体上不舒适的连接会导致不自然的步态和多余的力作用在操纵

者身上。

●它确定脚的压力中心的位置,进而确定脚相对与地面的位置。这是

BLEEX的控制所必需的信息[17]。

●它确定人的载荷分布(每条腿承担人体多少重量),这也应用在BLEEX

的控制中。

如图11所示,脚的主体结构包含将载荷转移到地面上的硬脚跟和提高舒适度的柔韧脚趾。操纵者的靴子刚性地连接在外骨骼脚的顶端,借此快速释放约束力。沿着脚的底部,转换器检测脚的哪部分与地面接触。为了坚固耐用,这些转换器被塑封在一个特制的橡胶鞋垫里。图11所展示的还有载荷分布传感器,这是夹在人的脚和外骨骼脚的主要结构之间的一个充满液压油的橡胶“压力管”。只有人体的(不是外骨骼)重量才能传送到压力管并被传感器感知。控制算法利用这种传感器来检测相对于右腿人将多少体重分配到左腿上。

图11 BLEEX脚的设计(爆炸视图)

C.小腿和大腿的设计

BLEEX小腿和大腿的主要作用是结构支撑和连接弯曲/伸展关节(图12和图13)。小腿和大腿都被设计成可调节的,以满足占人口比5%至95%的人,它们由两个相对可滑动的部件组成,可以锁定在所需的长度。

为了将液压路线缩减到最小,歧管被设计成给流体在阀门、泵体、供给装置和回路之间规划路线。这些歧管被直接安装在泵体上以减少阀门和驱动器器之间的液压距离,最大限度地提高驱动器的性能。踝关节上的驱动器、歧管以及阀门安装在小腿上,而膝关节和髋关节上的驱动器、歧管以及阀门则安装在大腿上。安装在膝关节上的一个歧管,规定了液压油在膝关节和髋关节驱动器之间的路线。

图12 BLEEX小腿的设计

图13 BLEEX大腿的设计

D.躯干的设计

如图14所示,BLEEX的躯干连接在髋部结构上(如图3所示)。电源、控制计算机和负载安装在躯干的背面。图14还展示了了髋外展/内收关节上的驱动器、阀门。安装在躯干上的一个倾角仪为控制算法给出了可供参考的绝对角度。

图14 BLEEX躯干设计(后视图)

特制电路板(称为远程I/O模块或RIOMs)用于获取传感器的所有数据并与控制计算机(称为监视器I/O模块或SIOMs)交互[25]。图14还展示了其中

的一些RIOMs和SIOMs一块被附加到BLEEX的躯干上。

躯干的前端装有一个可由操纵者穿戴的背带。背带(图15)是第二个与操纵者刚性连接的点。一般情况下,背带由一个可连接到躯干上的弧形刚性背板组成。它也包括能将操纵者系牢并能分散任何施加在操纵者躯干、胸部、肩膀和上背部的力的较为舒适的背包式背带。很多背带被开发是为了为操纵者创造最高的舒适度。和大多数领域的背带不同,外骨骼的背带必须能分散任何方向的力和力矩。理论上,在理想的控制下,只需要转移操纵者与机器之间的平衡负载,但随着控制器的发展,背带需要承受任何可能的负荷。

图15 BLEEX背带示意图

E.完整方案

图16展示了现行BLEEX的设计。黑色的背包装有电源、控制计算机和负

载。

图16 BLEEX完整的方案

尽管仍然有重要的工作要做,BLEEX已经能承受其自重并在自己提供动力

的情况下成功地步行。这使得BLEEX成为第一种具有携带负载能力的高效自主式下肢外骨骼。目前,BLEEX已经被证实在没有任何人工干预或预定运动方案的情况下,支持最多75公斤(外骨骼重量+有效载荷),以1.3米/秒的速度步行并伴随操纵者完成各种动作。

对于BLEEX而言,当前的工作包括研究预测和实测性能数据之间的差异和提高系统效率的分析方法。能工作的外骨骼对于当前和未来的外骨骼研究来说是一种用于测试新型传感器、驱动方案极佳的平台。如果能顺利改进系统的实用性,BLEEX将成为提高人类在恶劣环境中承载能力和耐力的实用方法。

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建筑结构设计中英文对照外文翻译文献

中英文对照外文翻译 (文档含英文原文和中文翻译) Create and comprehensive technology in the structure global design of the building The 21st century will be the era that many kinds of disciplines technology coexists , it will form the enormous motive force of promoting the development of building , the building is more and more important too in global design, the architect must seize the opportunity , give full play to the architect's leading role, preside over every building engineering design well. Building there is the global design concept not new of architectural design,characteristic of it for in an all-round way each element not correlated with building- there aren't external environment condition, building , technical equipment,etc. work in coordination with, and create the premium building with the comprehensive new technology to combine together. The premium building is created, must consider sustainable development , namely future requirement , in other words, how save natural resources as much as possible, how about protect the environment that the mankind depends on for existence, how construct through high-quality between architectural design and building, in order to reduce building equipment use quantity and

机械手毕业设计

目录 第一章绪论 1.1 项目的技术背景与研究意义 1.2 取苗装置的国内外研究现状 1.2.1国外取苗装置的研究现状 1.2.2国内取苗装置的研究现状 1.3论文的研究目标与研究内容 1.4论文研究的技术路线 第二章穴盘苗自动移栽机机械手整机方案设计 2.1 穴盘苗自动移栽机机械手工作原理和结构分析2.2 利用UG建立样机模型 第三章穴盘苗自动移栽机取苗装置的结构设计 3.1 取苗机构的基本构成 基本结构 (1)机械手 (2)穴盘定位平台 (3)驱动系统 (4)控制系统 PLC程序 (5)底座 3.2 取苗机构的工作原理 第四章穴盘苗自动移栽机送苗装置的设计要求分析1穴盘育苗及穴盘的选择 2送苗装置的工作原理和结构组成 3送苗机构的控制系统 第五章取苗装置的实验研究 1.取苗装置影响因素分析 2影响取苗成功率的因素 3取苗装置手臂角度的实验分析

第六章总结与展望1 全文总结 2研究展望 结束语 参考文献 致谢

第一章绪论 1.1项目的技术背景与研究意义 随着社会进步和人民生活水平的提高,设施农业已成为国民经济中的支柱产业,温室蔬菜、花卉及棉花生产对发展农村经济,增加农民收入,丰富人民的菜篮子,改善人民生活具有举足轻重的作用。穴盘苗移栽是近年才兴起的种植新技术,它具有缩短生育期,提早成熟,提高棉花单产,具有广阔的推广前景。过去几年温室大棚育出成品苗向大田移栽,全部是靠人工移栽。穴盘苗自动移栽技术是温室蔬菜或花卉生产实现工厂化和自动化而采用的一种重要的种植方式。目前,国内穴盘苗移栽的取苗、喂苗环节主要靠手工完成,劳动强度大,作业效率低,不能满足规模化生产的需要,从而制约了蔬菜生产的发展。因此,研制开发适合我国国情、结构简单、价格低廉、性能稳定可靠的中小型穴盘苗自动移栽机迫在眉睫,而移栽机械手是温室穴盘苗移栽自动化的关键部分,能够完成“穴盘定位—自动送苗—钵苗抓取—钵苗投放”这一系列连续动作,其性能直接影响移栽机的移栽质量。穴盘苗移栽机械手的研究对实现实现温室穴盘苗移栽生产过程自动化、减轻穴盘苗移栽作业的劳动强度、提高作物移栽质量,推进我国温室农业作物生产机械化和自动化进程,特别是我国“十二五”农业发展规划的顺利实施具有重大意义。 1.2 取苗装置的国内外研究现状 国外穴盘苗移栽机取苗装置的技术较成熟,而且大部分机型开始投入使用,尤其是应用于花卉、蔬菜等经济价值高的作物的大面积移栽,具有很好的经济价值。国内的研究主要集中在各大高校及科研院所,且大部分的研究成果只是样机的试制,尚没有成型的机型投入生产应用。 1.2.1国外取苗装置研究现状 20 世纪初期部分国家开始出现移栽机具。三十年代出现移栽装置或移栽器代替人工取苗。五十年代移栽的生产技术研究,研制出了不同结构的半自动移栽机。八十年代,半自动移栽机已在欧美国家的农业生产中广泛被使用,培育穴盘苗、移栽作物等,实现了制造机械、播种机械、移栽机等各种机械配套使用。到90年代,有关部门加强从育苗到栽植整个系统的研究,使育苗和栽植有机地结合,研制出多种全自动移栽机,如日本90年代初将穴盘苗自动移栽机列为农业机械急需开发的项目,日本农机研究所联合三家农机公司,于1993年至1995年期间开发出了三种型号的全自动移栽机(图1-1~1-3),可移栽穴盘苗或纸钵苗,主要

土木工程外文文献翻译

专业资料 学院: 专业:土木工程 姓名: 学号: 外文出处:Structural Systems to resist (用外文写) Lateral loads 附件:1.外文资料翻译译文;2.外文原文。

附件1:外文资料翻译译文 抗侧向荷载的结构体系 常用的结构体系 若已测出荷载量达数千万磅重,那么在高层建筑设计中就没有多少可以进行极其复杂的构思余地了。确实,较好的高层建筑普遍具有构思简单、表现明晰的特点。 这并不是说没有进行宏观构思的余地。实际上,正是因为有了这种宏观的构思,新奇的高层建筑体系才得以发展,可能更重要的是:几年以前才出现的一些新概念在今天的技术中已经变得平常了。 如果忽略一些与建筑材料密切相关的概念不谈,高层建筑里最为常用的结构体系便可分为如下几类: 1.抗弯矩框架。 2.支撑框架,包括偏心支撑框架。 3.剪力墙,包括钢板剪力墙。 4.筒中框架。 5.筒中筒结构。 6.核心交互结构。 7. 框格体系或束筒体系。 特别是由于最近趋向于更复杂的建筑形式,同时也需要增加刚度以抵抗几力和地震力,大多数高层建筑都具有由框架、支撑构架、剪力墙和相关体系相结合而构成的体系。而且,就较高的建筑物而言,大多数都是由交互式构件组成三维陈列。 将这些构件结合起来的方法正是高层建筑设计方法的本质。其结合方式需要在考虑环境、功能和费用后再发展,以便提供促使建筑发展达到新高度的有效结构。这并

不是说富于想象力的结构设计就能够创造出伟大建筑。正相反,有许多例优美的建筑仅得到结构工程师适当的支持就被创造出来了,然而,如果没有天赋甚厚的建筑师的创造力的指导,那么,得以发展的就只能是好的结构,并非是伟大的建筑。无论如何,要想创造出高层建筑真正非凡的设计,两者都需要最好的。 虽然在文献中通常可以见到有关这七种体系的全面性讨论,但是在这里还值得进一步讨论。设计方法的本质贯穿于整个讨论。设计方法的本质贯穿于整个讨论中。 抗弯矩框架 抗弯矩框架也许是低,中高度的建筑中常用的体系,它具有线性水平构件和垂直构件在接头处基本刚接之特点。这种框架用作独立的体系,或者和其他体系结合起来使用,以便提供所需要水平荷载抵抗力。对于较高的高层建筑,可能会发现该本系不宜作为独立体系,这是因为在侧向力的作用下难以调动足够的刚度。 我们可以利用STRESS,STRUDL 或者其他大量合适的计算机程序进行结构分析。所谓的门架法分析或悬臂法分析在当今的技术中无一席之地,由于柱梁节点固有柔性,并且由于初步设计应该力求突出体系的弱点,所以在初析中使用框架的中心距尺寸设计是司空惯的。当然,在设计的后期阶段,实际地评价结点的变形很有必要。 支撑框架 支撑框架实际上刚度比抗弯矩框架强,在高层建筑中也得到更广泛的应用。这种体系以其结点处铰接或则接的线性水平构件、垂直构件和斜撑构件而具特色,它通常与其他体系共同用于较高的建筑,并且作为一种独立的体系用在低、中高度的建筑中。

机械手的设计毕业设计论文

天津机电职业技术学院毕业综合实践报告 专业电气自动化 班级电气自动化三班

目录 1 机械手的基本介绍 (1) 1.1 机械手的基本结构组成 (1) 1.1.1 气动手爪 (1) 1.1.2 伸缩气缸 (1) 1.1.3 回转气缸及垫板 (2) 1.1.4 提升气缸 (2) 1.2 直线运动传动组件 (2) 1.3 气动控制回路 (3) 2 传感器部分 (5) 2.1 传感器简介 (5) 2.2 磁性开关 (5) 2.3 光电传感器和光纤传感器 (5) 3 伺服电机应用 (7) 3.1 伺服系统 (7) 3.2 交流伺服系统的位置控制模式 (8) 3.3 接线 (10) 3.4 伺服驱动器的参数设置与调整 (10) 3.4.1 参数设置方式操作说明 (11) 3.4.2 面板操作说明: (11) 3.4.3 部分参数说明 (11) 3.5 最大速度(MAX_SPEED)和启动/停止速度(SS_SPEED)12 3.6 移动包络 (13) 4 PLC程序编写 (15) 4.1 PLC的选型和I/O接线 (15) 4.2 伺服电机驱动器参数设置 (15) 4.3 编写和调试PLC控制程序 (16) 4.4 初态检查复位子程序和回原点子程序 (19) 4.5 急停处理子程序 (20) 个人收获 (23) 参考文献 (24) 附录 (25) 致谢 (28)

1 机械手的基本介绍 1.1 机械手的基本结构组成 1.1.1 气动手爪 用于在各个工作站物料台上抓取/放下工件。由一个二位五通双向电控阀控制。见图 1-1 图 1-1 气动手爪 1.1.2 伸缩气缸 用于驱动手臂伸出缩回。由一个二位五通单向电控阀控制。见图 1-2 图 1-2 伸缩气缸

一种下肢外骨骼康复机器人优化的结构设计与控制仿真分析

一种下肢外骨骼康复机器人优化的结构设计与 控制仿真分析 张玉叶1,张小栋2,江 城2,王 贺2,石强勇2 (1.咸阳师范学院物理与电子工程学院,陕西咸阳712000;2. 西安交通大学机械与电子工程学院,陕西西安710049) OptimizedPhysicalDesignandSimulationofaLower limbExoskeletons’ RehabilitationRobot ZHANC Yu y e 1,ZHANC Xiaodon g 2,JIANC Chen g 2,WANC He 2,SHI Q ian gy on g 2 (1.CollegeofPhysicsandElectronicsEngineering,XianyangNormalCollege,Xianyang712000,China; 2.SchoolofMechanicalEngineering,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,China) 摘要: 越来越多的脑卒中患者使得理疗师的康复训练工作繁重且康复效果评估体系不完整,针对此现状,设计出一款优化的外骨骼康复机器人模型。介绍了该机器人优化的结构设计,并对其进行了相对应的控制策略分析, 进而提出一种控制方法并进行了仿真分析。仿真实验研究表明,所提出的控制策略在跟踪精度和速度上都具有明显的优势。 关键词:外骨骼机器人;下肢康复;结构设计;控制策略; 仿真分析中图分类号:TP242文献标识码:A 文章编号:1001 2257(2015)05007704 收稿日期:20150122基金项目:西安交通大学国际科技合作项目(51275388) ;咸阳师范学院教研基金项目(13XSYK015) Abstract :Nowadays,moreandmorestrokepa-tientsleadtothestrenuousrehabilitationtrainingtasksoftherapistsandtheincompleterehabilita-tionevaluationsystem.Aimingatsuchsituationsourteamdesignanexoskeletonrehabilitationro-bot.Accordingtothedynamiccharactersoftherobotweanalyzedthelower limbrehabilitation strategyandthecorrespondingcontrolstrategy.Acontrolmethodwasthereforeproposedandana-lyzedviasimulation.Thesimulationresultsshowthattheproposedcontrolmethodhasobviousad-vantagesintrackingprecisionandspeed.Ke y words :exoskeletons’robot;lowerlimbs rehabilitation;physicaldesign;controlstrategies;simulationanalysis 0 引言 康复医学理论和临床治疗证明,对患者进行由简单到复杂,由协助到监护,直至患者能够生活自理 的康复训练有非常重要的意义[ 1] 。基于康复机器人社会需求和科学价值,开发一款下肢外骨骼康复机器人,其结构设计已完成论证,结构设计简洁,自适应性强,已申请发明专利。在结构设计基础上,参考文献[2 3] ,对康复机器人的运动学以及动力学建模进行了研究,参考文献[4],对下肢外骨骼康复机器人的自适应控制方法进行了研究,并进行二自由度仿真, 为课题的深入研究打下基础。1 下肢外骨骼康复机器人机械结构设 计及运动学关系 设计的康复机器人总体结构如图1所示, 采用曲柄滑块机构驱动关节旋转, 电机采用混合式丝杆电机,最大推力为800N,简化了设计结构,膝关节 平均驱动力矩为40N·m,髋关节平均驱动力矩为50N·m。电机通过联轴器带动滚珠丝杠转动,从而带动固定于丝杠螺母上的髋关节滑块移动,滑块移动带动髋关节推杆运动使得大腿杆摆动,实现关节角度规律变化。本文中轨迹控制的输入量是关节角度,以髋关节为例其运动学关系几何简图如图2所示,图中标注的尺寸单位为mm,定义大腿和小腿 · 77·《机械与电子》2015(5)

人体下肢外骨骼仿生

人体下肢外骨骼机理分析 xx (xx,xxxx,xxxx) 摘要:本论文研究穿戴型下肢外骨骼机器人机构。所研究的外骨骼是一种可以穿戴于人体的机械装置。这种外骨骼依靠人的运动信息来控制机器人,通过机器人来完成仅靠人的自身能力无法单独完成的远行、负重等任务。这种外骨骼也可以用来检测人体运动信息,作为康复医疗器械使用。下肢穿戴外骨骼机器人是一种具有双足步行特征的典型的人机一体化系统。 关键词:穿戴外骨骼;助力机器人;机构设计;仿真分析 ANALYSIS AND DESIGN OF LOWER EXTREMITY EXOSKELETON (Mechanical Manufacturing and Automation.,No.:xxxxxxxx,Email:xxxxxxxx@https://www.360docs.net/doc/a09380813.html,, phone:xxxxxxxxxxx) Abstract:This paper researched a kind of wearable lower extremity exoskeleton robot. The exoskeleton is a mechanism which could match the human body. It relied on human motion information to control the robot, and accomplish the travel, loading and other tasks that can not be completed by people's own capacity lonely. The exoskeleton can also be used to detect human motion information, and as the rehabilitation of medical devices. Lower extremity exoskeleton robot is a kind of typically man-machine integrated system with some biped walking robots’ characters. Keywords:Wearable exoskeletons; Assist robot; Mechanical design; Simulation and Analyze 1引言(Introduction) 外骨骼是一种给人穿戴的人机一体化 智能机械装置,它将人类的智力和机械装置的“体力”结合在一起,靠人的智力来控制机械装置,通过机械装置来完成仅靠人的自身能力无法单独完成的任务。下肢外骨骼是一种用来辅助人们行走的人机系统,它将人和两足步行机器人结合在一起,利用人的运动控制能力来控制机器人的行走,简化了自主行走式两足机器人最为常见的步态规划 和步态稳定性问题,同时它又为人类的行走提供动力协助,增强人类行走的能力和速度,特别是能够缓解人在大负重和长时间行走 情况下极易出现的疲劳感,大大扩大人类的运动范围,能够增强个人在完成某些任务时的能力。人体下肢外骨骼作为单兵系统的一部分,起到了提高士兵承载能力的作用,避免了士兵由于沉重负荷而导致的身体机能 的下降,从而提高了士兵的抵抗能力,对最终提高士兵的战斗力和生存力起到了重要 作用。故可用于军事、科考、旅游、交通等各方面,具有广泛的应用前景。 2人体外骨骼的研究背景(The background of exoskeletons) 人体下肢外骨骼机器人成为机器人领域的一个热门分支,已越来越受到学术界和工业界关注。目前,国外特别是美国、日本在这方面已经取得了巨大的进展,并逐步商业化,成为新兴产业。但国内仅有少数科研单位从事可穿戴助力机器人的研究,起步较晚,基本处在实验室试制阶段,离实用还有一定的距离。

框架结构设计外文翻译

毕业设计(论文)外文资料翻译 系:机械工程系 专业:土木工程 姓名: 学号: 外文出处:Design of prestressed (用外文写) concrete structures 附件: 1.外文资料翻译译文;2.外文原文。

附件1:外文资料翻译译文 8-2简支梁布局 一个简单的预应力混凝土梁由两个危险截面控制:最大弯矩截面和端截面。这两部分设计好之后,中间截面一定要单独检查,必要时其他部位也要单独调查。最大弯矩截面在以下两种荷载阶段为控制情况,即传递时梁受最小弯矩M G的初始阶段和最大设计弯矩M T时的工作荷载阶段。而端截面则由抗剪强度、支承垫板、锚头间距和千斤顶净空所需要的面积来决定。所有的中间截面是由一个或多个上述要求,根它们与上述两种危险截面的距离来控制。对于后张构件的一种常见的布置方式是在最大弯矩截面采用诸如I形或T形的截面,而在接近梁端处逐渐过渡到简单的矩形截面。这就是人们通常所说的后张构件的端块。对于用长线法生产的先张构件,为了便于生产,全部只用一种等截面,其截面形状则可以为I形、双T形或空心的。在第5 、 6 和7章节中已经阐明了个别截面的设计,下面论述简支梁钢索的总布置。 梁的布置可以用变化混凝土和钢筋的办法来调整。混凝土的截面在高度、宽度、形状和梁底面或者顶面的曲率方面都可以有变化。而钢筋只在面积方面有所变化,不过在相对于混凝土重心轴线的位置方面却多半可以有变化。通过调整这些变化因素,布置方案可能有许多组合,以适应不同的荷载情况。这一点是与钢筋混凝土梁是完全不同的,在钢筋混凝土梁的通常布置中,不是一个统一的矩形截面便是一个统一的T形,而钢筋的位置总是布置得尽量靠底面纤维。 首先考虑先张梁,如图 8-7,这里最好采用直线钢索,因为它们在两个台座之间加力比较容易。我们先从图(a)的等截面直梁的直线钢索开始讨论。这样的布置都很简单,但这样一来,就不是很经济的设计了,因为跨中和梁端的要求会产生冲突。通常发生在跨度中央的最大弯矩截面中的钢索,最好尽量放低,以便尽可能提供最大力臂而提供最大的内部抵制力矩。当跨度中央的梁自重弯矩M G相当大时,就可以把c.g.s布置在截面核心范围以下很远的地方,而不致在传递时在顶部纤维中引起拉应力。然而对于梁端截面却有一套完全不同的要求。由于在梁端没有外力矩,因为在最后的时刻,安排钢索要以c.g.s与 c.g.c在结束区段一致,如此同样地获得克服压力分配的方法。无论如何,如果张应力在最后不能承受,放置 c.g.s.

工业机械手毕业设计--论文

摘要 随着微电子技术、传感器技术、控制技术和机械制造工艺水平的飞速发展,机器人的应用领域逐步从汽车拓展到其它领域。在各种类型的机器人中,模拟人体手臂而构成的关节型机器人,具有结构紧凑、所占空间小、运动空间大等优点,是应用最为广泛的机器人之一。尤其由柔性关节组成的柔性仿生机器人在服务机器人及康复机器人领域中的应用和需求越来越突出。 本文将设计一台四自由度的工业机器人,用于给冲压设备运送物料。首先,本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构,然后选择合适的传动方式、驱动方式,搭建机器人的结构平台;在此基础上,本文将设计该机器人的控制系统,包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计,重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性,最终实现的目标包括:关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词:机器人,示教编程,伺服,制动

ABSTRACT With the development of microelectronic technology, sensor technology, the rapid development of control technology and machinery manufacturing technology level, the application of robots gradually expanded from cars to other fields. In all types of robots, the articulated robot arm simulation human form, has the advantages of compact structure, small occupied space, large moving space, is one of the most widely used robots. Especially flexible biomimetic robot composed of flexible joint in the field of service robot and rehabilitation robot application and demand more and more prominent. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake

外骨骼机械结构

外骨骼机械设计结构分类 1. 类人外骨骼 类人型外骨骼设计必须考虑适应每个操作者的身材体型以及承载能力 2. 非类人型外骨骼 BLEEX外骨骼设计 髋关节3自由度 AddUCtiOn Fig. 3 BLEEX HiP DegreeS ^rFrCedυin (? iewed from back). AlthoUgh bot? the ahdπcτiπn∕addLicrion Find IIeXion r eXTenSion axes p≈ι?s through rhe center Of Ihe huniatι hip joint, (he rotaiion axis does not. TlIe ad justment bracked ber?veeπ The πvπ abducti∩n/IddllCt?n (IXeS I is replacea?k t∩ Accorriinndafe WCarCrS Ot VariouS widths.

1? 膝关节1自由度 踝关节1自由度 FICXibk I OC Flexlon/ EXtCnSion ? I Ahduction/ AddUCtiOn Fig. 4 BLEEX AnklC DCgrCCS Of Freedom. Only Ihe flexion extension axis pas?e? IhrolIgb Ihe humarι? ankle jυιτιt, AbdLICtiυπ∕adduc(ion and rol<ιlion axes πrc not powered, but arc CqUiPPCd Wilh appropriate impedances. HUIllan BLEEX Lool ROtatiOn : ■ SPring StCCl PIateS

索穹顶和弦支穹顶结构在我国的应用

索穹顶和弦支穹顶结构在我国的应用 摘要:本文主要就索穹顶结构和弦支穹顶结构体系的特点以及近几年在我国的工程应用进行了总结。 关键字:预应力;空间钢结构;索穹顶;弦支穹顶;工程应用 Abstract: In this paper, a cable domes structure chord and structural system of the dome characteristics will be introduced and the engineering application in our country in recent years also be summarized. Key Word: prestressed; space steel structure; cable domes; string a dome; engineering application 1 引言 随着我国大型场馆的大量建设,预应力钢结构技术得到了有力的推动和发展,然而相比于预应力网格和斜拉网格等结构形式,索穹顶结构和弦支穹顶结构近几年才在我国有了实际的工程应用,因此文本对索穹顶结构和弦支穹顶结构的特点及近几年在我国的工程实践进行了总结。 1 索穹顶结构 索穹顶结构是由索穹顶结构主要由脊索、斜索、压杆和环索构成,是最近十几年发展起来的一种新型的空间结构形式。这种结构体系具有受力合理、自重轻、跨度大和结构形式美观、新颖等特点,是一种结构效率极高的全张力体系[2],有着广阔应用和发展前景的大跨度空间结构形式,然而索穹顶在应用当中又有一系列的难题,主要是由于在施工和工作状态下索穹顶具有很强的非线性(特别是施工过程中),这对结构分析设计及施工提出了很高的要求。国内目前在无锡新区科技交流中心和太原煤炭交易中心采用了索穹顶结构。 国内第1个刚性屋面的索穹顶是于2009年完工的无锡新区科技交流中心索穹顶[2],见图1所示,该索穹顶平面为圆形,直径24 m,矢高2.109 m,采用铝板结合的刚性屋面和三环Geiger 型索杆系,其中脊索和环索均连续贯通。 太原煤炭交易中心是一个设点支承式玻璃的刚性屋面索穹顶[2],见图2所示,于2011年1月完成索穹顶主体结构张拉,该索穹顶由三环Geiger 型索杆系和支承玻璃面板的次索网构成,跨度36 m,矢高1.636 m。这两个工程,所

人体下肢外骨骼机器人的步态研究现状

人体下肢外骨骼机器人的步态研究现状 王楠,王建华,周民伟 外骨骼(exoskeleton )一词来源于生物学,是指为生物提供保护和支持的坚硬的外部结构[1],如甲壳类和昆虫等节肢动物的外骨骼系统。人体外 骨骼机器人是将人的智慧与机器的机械动力装置结合为一体的机器人[2]。美国于2000年开展了“增强人体机能的外骨骼”(Exoskeletons for Human Performance Augmentation ,EHPA )研究项目[3-4],自此,外骨骼机器人的开发与应用逐渐进入 人们的视线,成为关注的焦点。由于外骨骼机器人不仅为操作者提供了诸如保护、身体支撑等功能,还能在操作者的控制下完成一定的功能和任务,因此在下肢功能障碍患者的步行功能锻炼过程中的应用逐渐增多[5-7];此外,其在单兵作战装备 【摘要】外骨骼机器人是将人的智慧与机器的机械动力装置相结合的一种机器人,不仅可以为操作者提供保护、身体支撑等功能,还可以在操作者的控制下完成一定的功能和任务,应用前景巨大。文中阐述人体下肢外骨骼机器人下肢外骨骼实现行走应具备的关节及其活动度,介绍下肢外骨骼机器人步态控制的基础——正常步态分析,详细论述了目前控制下肢外骨骼机器人行走及步态稳定性的主要方法。 【关键词】下肢;机器人;外骨骼;步态 中图分类号:R-05,R336文献标识码:A 文章编号:1674-666X(2012)01-0062-06 Current researches of gait analysis on human lower extremity exoskeleton robotic device WANG Nan,WANG Jianhua,ZHOU Minwei.Department of Overseas Chinese,Guangzhou General Hospital of Guangzhou Military Command,Guangdong 510010,China 【Abstract 】Exoskeleton robotic device is a kind of robot that combines the intelligence of human with the mechanical power of machine,which can not only provide protection and support for operators but also accomplish certain functions and missions under the control of operators.In this paper,relative key factors of lower extremity exoskeleton robotic device techniques are introduced briefly such as the joints and the range of motion (ROM)which the lower extremity exoskeleton should be equipped,the normal gait analysis which is the basis of gait control of the exoskeleton robot,and then the major walking control methods and gait stability control methods for lower extremity exoskeleton robotic device which are discussed in detail. 【Key words 】Extremities;Robotics;Exoskeleton;Gait DOI :10.3969/j.issn.1674-666X.2012.01.010 基金项目:广东省科技计划项目(2010B010800006),广州市科技计划项目(2010J-E311) 作者单位:510010广州军区广州总医院华侨科(王楠);脊柱外科(王建华);医务部(周民伟)E-mail :115989930@https://www.360docs.net/doc/a09380813.html, 综述

液压机械手设计毕业设计(论文)

液压机械手设计毕业设计 毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名:日期: 指导教师签名:日期: 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名:日期:

一、引言 1.1机械 液压通用机械手,就其本质上来说,属于工业机器人的范畴,机器人学是近几十年来迅速发展起来的一门综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机科学、自动控制以及人工智能等多种学科的最新研究成果,体现了光机电一体化技术的最新成就,是当代科学技术发展最活跃的领域之一,也是我国科技界跟踪国际高技术发展的重要课题。 “机械手”(Machanical Hand):多数指附属于主机、程序固定的自动抓取、操作装臵(国内一般称作机械手或专用机械手)。如自动线、自动机的上下料,加工中心的自动换到的自动化装臵。 1.2机械手特点、结构与研究意义 1.2.1机器人的特点 机器人的主要特点体现在它的通用性和适应性等方面。 1.通用性 机器人的通用性指具有执行不同功能和完成多样简单任务的实际能力;通用性也意味着,机器人是可变的几何结构。或者说在机械结构上允许机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一工作。 2.适应性 机器人的适应性是指具有对环境的自适应能力,及机器人能够自主执行实现经规划的中间任务,而不管执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。 1.2.2机器人的系统结构 一个机器人系统一般由四个相互作用的部分组成,即机械手、环境、任务和控制器。 工业机器人的本体机械系统即为通常的机械手装臵,他由肩、臂、腕、机身或行走机构组成,组合为一个相互依赖的运动机构。 环境即指机器人所处的周围状态,环境不仅由机和条件决定,而且有环境和它所包含的每个事物的全部自然特性决定。 机器人体系结构中的任务一般定义为环境的两种状态(初始状态和目标状态)间的差别,必须用适当的程序语言来描述,并能为计算机所理解。 机器人控制器一般为控制计算机,接收来自传感器的信号,对其进行数据处理,并按照预存信息,即机器人的状态及环境情况等,生成控制信号来驱动机器人的各个关节运动。

伯克利下肢外骨骼(BLEEX)的机械学设计

伯克利下肢外骨骼(BLEEX)的机械学设计 Adam Zoss, H. Kazerooni, Andrew Chu Department of Mechanical Engineering University of California, Berkeley, CA, 94720, USA exo@https://www.360docs.net/doc/a09380813.html,, https://www.360docs.net/doc/a09380813.html, 摘要:第一种能携带负载的高效自主式下肢外骨骼已经在加州大学伯克利分校被展示出来。这篇文章概括了伯克利下肢外骨骼(BLEEX)的机械学设计。基于拟人化的BLEEX每条腿有七个自由度,其中的四个由直线液压驱动器驱动。描述了自由度的选择以及运动范围。另外,文章还包含了BLEEX主要部件方面的重要设计。 关键词:BLEEX,外骨骼,可穿戴式机器人,机械设计,步行 Ⅰ.引言 重物通常由轮式交通工具运输。然而,很多环境例如岩石地形和阶梯,给轮式交通工具带来巨大的困难。因此,在这些环境中,步行就成为一种有吸引力的运输方式,因为腿能适应各种极端地形。伯克利下肢外骨骼(通常称为BLEEX)是第一款由操纵者穿戴的野战用机器人系统,它能为其操纵者提供在任何类型的地形下付出极小努力背负载荷的能力。 BLEEX是由两个动力拟人的腿、一个电源和一个可安装各种重载的背包式框架组成(图1)。BLEEX通过人机交互引导腿的运动提供携带负载的能力,摒弃了主动驱动,BLEEX伴随操纵者的运动就像它是一对人工腿一样被他/她“穿戴”。通过将机器人的力量与智能导航、人的适应能力相结合,BLEEX允许重物在崎岖、松散和未知的地形中运送。 外骨骼通常指包含上肢或下肢或两者兼备的系统。BLEEX项目仅仅着眼于 图1下肢外骨骼的概念图。正确活动的机器腿从穿戴者身上转移走载荷 的重量,同时使穿戴者能够轻松地控制和平衡机器。

外文翻译(结构设计背景)

第三部分:外文翻译 结构设计背景 Background for Structural Design 1. Practice versus Theory We hear much of the conflict between theory and practice. Actually, of course, there will be no conflict between good theory and good practice, although the two frequently seem at cross-purposes, particularly when both are bad. Bad theory develops from unjustifiably crude assumptions, while bad practice follows unjustifiably crude methods. When theory can be based upon correct premises and practice can be controlled by one who understands the theory involved, the two will agree. Nevertheless, there are certain considerations of practice that must be allowed to control design, particularly to facilitate construction. A few of the many problems that should influence the thinking of the designer and of the construction engineer will be discussed. 2. Analytical Calculations Since analysis precedes design, it will be useful to think over the process of analysis from the point of view of the practical designer. Analysis, to serve a useful purpose, must finally reach expression in terms of tons of steel, cubic yards of concrete, and board feet of structural timber. It is useless for the analyst or the designer to expect the construction engineer to worry about increasing the unit stress in a steel beam by a few hundred pounds per square inch above the allowable stress by the shifting of a partition. The field man knows that there are decisions he will have to make during erection that may influence the stress to a greater extent than the amount mentioned. For the same reason, he is not likely to be sympathetic when the blueprint carries a statement that a field connection is to be welded at a distance of 5 j ^ in. from a sheared edge.

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